Как реализовать масштабируемость блокчейна
Масштабируемость с давних пор была серьёзным препятствием для распространения цифровой валюты. Даже сегодня никто не знает как достичь такой же скорости транзакций в секунду как у PayPal или Visa. Основатели различных проектов цифровых валют утверждают, что когда-нибудь весь мир будет использовать «их» валюту, но они не могут представить надёжный план масштабирования сети их валюты до необходимого уровня. Даже Сатоши Накомото, основатель Биткойна, судя по всему просто предположил, что достижения в области технологий оборудования и сетей связи решат вместо него проблему масштабируемости. Dash является первой цифровой валютой с готовым ответом на вопрос масштабируемости, без использования несуществующей технологии, которая возможно так и не появится. Dash будет способен соперничать наравне с PayPal и VISA, используя свою собственную имеющуюся инфраструктуру.
Двухуровневая сеть Dash показывала ряд преимуществ в течении нескольких лет, и способствовала созданию таких важных технологий как InstantSend, PrivateSend и децентрализованного управления. Сейчас есть свыше 4000 мотивированных мастер-нод, поддерживающих второй уровень сети. И так-как эти Мастерноды получают часть от добытых блоков, их владельцы могут позволить себе высококачественное VPS оборудование для размещения Мастернод. Таким образом выстраивается высококачественная децентрализованная сетевая инфраструктура. Используя систему Мастернод, Dash будет способен к масштабированию гораздо быстрее чем любой другой проект. Первая версия Dash Evolution будет поддерживать 500 тысяч пользователей ежедневно, а примерно через три года сеть сможет выдержать 50 миллионов пользователей. Есть документ, объясняющий как будет осуществлён этот уникальный проект.
Множество существующих проектов считают, что блокчейн-масштабирование невозможно. Это потом что они не исследовали альтернативные P2P архитектурные решения для повышения производительности. Мы намерены показать насколько далеко может мотивированная архитектура второго уровня развить такой проект как Dash.
Вот как выглядит наша сеть сегодня, когда первый и второй её уровни работают вместе.
От виртуального сервера(VPS) к серверной ферме
Dash уже привлекает значительный интерес хорошо известных компаний, желающих реализовать новые продукты на его основе. Так как эти компании заинтересованы в Dash сейчас, мы понимаем что должны внедрять масштабирование немедленно. Когда в следующем году будет выпущена первая версия Dash Evolution, мы ожидаем лишь увеличивающийся к нам интерес и, следовательно, должны быть уверены в способности сети мгновенно справиться с возросшей нагрузкой. Для выполнения наших целей по масштабируемости, Dash начнёт поддерживать 2MB блоки начиная с 4-го квартала этого года. Мы намерены масштабировать сеть до того как она достигнет максимально возможной пропускной способности. Мы должны действовать на опережение.
Первая версия Dash Evolution, которую мы ожидаем в 2018, будет поддерживать 5MB блоки. Мы считаем, что невероятные возможности и простота использования, которые мы встроили в платформу Evolution, создаст резкий рост спроса на наши сетевые сервисы. Мы хотим убедиться, что обладаем достаточной пропускной способностью транзакций для выполнения этих дополнительных требований. Вторая версия Evolution будет поддерживать 15MB блоки, используя специализированные аппаратные средства, разработанные Dash Labs для Мастернод. Скорее всего мы будем использовать ресурсы графических процессоров для необходимой обработки блоков, эффективно создавая первый вариант аппаратной части нашего «ускорителя сверх-больших блоков»(ULBA). В заключительном этапе третья версия Evolution будет поддерживать 45MB блоки с помощью специализированных PCI-EX карт, оптимизируя обработку блоков и позволяя сети обслуживать 50 миллионов пользователей.
Вот как будет выглядеть сеть после модернизации.
Теоретические вопросы
Вполне разумно спросить, а почему же другие криптовалютные проекты не внедрили поддержку сверх-больших блоков для масштабирования пропускной способности? Проблема больших блоков состоит в том, что каждый узел должен обработать каждую транзакцию в пределах одного блока и потом транслировать её в сеть. Многие цифровые валюты основаны на альтруизме — обычные пользователи содержат узлы сети бесплатно — только лишь ради поддержки самой сети. К сожалению, по причине отсутствия экономического стимула, такие сети со временем упираются в бутылочное горлышко самых медленных узлов. Dash решает эту проблему финансовым поощрением своих Мастернод, отдавая им часть от найденных блоков.
Техническое решение позволяющее создать сеть, поддерживающую большие блоки является трёхступенчатым. Первое — требуется обеспечить каждую Мастерноду высокопроизводительным оборудованием чтобы обработка каждого блока была почти мгновенной. Второе — нужна уверенность в том, что каждая Мастернода подключена к высокоскоростному каналу связи для трансляции блоков в сеть максимально быстро. Третье — необходимо чтобы Мастерноды на втором уровне сети были максимально взаимосвязаны между собой и передавали бы друг-другу блоки на максимально возможной скорости.
Даже без специализированного оборудования Мастерноды способны поддерживать блоки существенно больших размеров, но при условии наличия соответствующих процессора, оперативной памяти и жёстких дисков. Поэтому мы намерены запустить процесс увеличения размеров блока даже до выпуска платформы Evolution. Масштабируемость сейчас вызывает обеспокоенность в криптовалютном мире, особенно когда у некоторых проектов возникают проблемы повышенных комиссий и долгого времени подтверждения транзакций. Начав масштабирование сети Dash прямо сейчас, мы предлагаем решение всех этих проблем до того как они начнут оказывать влияние на нашу сеть.
Гэвин Андресен перед уходом из проекта Биткойн провёл обширную работу по исследованию 20MB блоков. Основываясь на его исследованиях, я пришёл к выводу, что наша сеть легко справится и с 20MB блоками и с большими по размерам блоками, если мы в ближайшем будущем решим проблему трансляции блоков. Ознакомиться с замечательными исследованиями Гэвина вы можете по следующим ссылкам:
http://gavintech.blogspot.com/2015/01/twenty-megabytes-testing-results.html
http://gavintech.blogspot.com/2015/01/looking-before-scaling-up-leap.html
На основе этих и наших собственных исследований за прошедшие полтора года, мы предлагаем вот такой план модернизации сети Мастернод:
Этапы модернизации Мастернод
Этап I — V13: Стандартные VPS серверы, подлежащие модернизации до относительно высокого уровня производительности без необходимости использования дополнительного специального оборудования. Это позволит поддерживать блоки вплоть до 20MB.
Этап II — V14: Специализированные компьютеры с высокопроизводительными многоядерными процессорами, собранные в серверные стойки для быстрой трансляции блоков и сведения к минимуму любых задержек.
Этап III — V15: Использование видеопроцессоров. GPU серии nVidia Tesla имеют программируемые процессоры CUDA. Нижеуказанная модель состоит из 448 таких ядер, что позволит Мастернодам параллельно обрабатывать криптографические подписи для каждой транзакции. Также мы создадим небольшие скрипты для ускорения различных задач клиента Dash-Core, перенаправив некоторые ресурсоёмкие процессы в сеть Мастернод. 
http://www.nvidia.com/docs/IO/43395/NV_DS_Tesla_M2050_M2070_Apr10_LowRes.pdf
Этап IV — V15: ASIC на PCI-EX периферийном оборудовании. Так же как майнеры продвигались от CPU к GPU, а дальше к специализированным ASIC устройствам, сеть Мастернод DASH проследует тем же путём модернизации. На этом этапе мы создадим специализированные ASIC в виде периферийных устройств на PCI-EX или внешних устройств на шине USB 3.0. Первое поколение ULBA устройств будет с высокой плотностью размещения и нацелено на конкретные версии клиента Dash Core.
ULBA устройства внутри оборудования для Мастернод возьмут на себя специфические функции, обеспечив 10-ти и 100 кратный прирост скорости по сравнению с вычислениями на GPU. Создание и разработка этого оборудования будут полностью открытыми(open source), а финансирование будет проводить сама сеть. Это уменьшит стремление частных компаний запустить производство проприетарного оборудования для получения лишь экономической выгоды не заботясь о состоянии сети.
Кратко говоря, переход на блоки больше 20MB потребует от каждой Мастерноды целого набора специального оборудования. Это оборудование должно обладать свойствами избыточности, отказоустойчивости, распределения нагрузки, параллелизацией GPU вычислений, специальным PCI-EX оборудованием и массивом жёстких дисков для увеличения отказоустойчивости хранилища сетевых данных. Мастерноды будут поддерживать два типа жёстких дисков, обычные шпиндельные диски с большим объёмом данных и твердотельные диски для ускоренных операций чтения/записи что критично важно для хранения блокчейна и кэша.
Этап V: Новые версии ULBA устройств будут использовать передовые технологии производства кремниевых чипов, низкую плотность размещения чипов и оптоволоконную связь всех Мастернод. На этом этапе будут запущены такие сетевые сервисы, как обозреватели блоков, требующие полной валидации блоков.
Укажем на разногласия!
Майнерам и всем, кто захочет перемещать по сети полные данные будут необходимы мощные серверы и канал с высокой пропускной способностью. Им понадобится такое же мощное оборудование, какое используют Мастерноды в сети. Это улучшит конфиденциальность сети, потому что отслеживание станет слишком дорогим.
Конечно же, существует риск, что майнеры, столкнувшись с дополнительными затратами на оборудование, посчитают дальнейший майнинг невыгодным. Им придётся нести затраты одновременно и на майнер и на поддержание Мастерноды, а процесс майнинга будет давать такую же прибыль как раньше. Майнеры, которые не могут или не желают делать модернизацию оборудования, обнаружат участившееся количество орфан-блоков(правильные блоки опоздавшие вовремя себя транслировать), что серьёзно снизит их прибыль.
Мы решим эту экономическую проблему с помощью системы, называемой «залоговый майнинг». Проще говоря, мы интегрируем майнинг с сетью Мастернод DASH. Работающие на специальном оборудовании Мастерноды параллельно будут выполнять программу майнинга. Именно такую комбинацию Мастернода/майнер мы называем «залоговый майнинг». Хэширующая мощность участника будет определяться количеством ему принадлежащих Мастернод. Перед обязательным принятием подтверждённого залогом майнинга будет объявлен переходный период, в течении которого вчерашние майнеры смогут возместить первоначальные капитальные затраты на оборудование.
Аспекты экономики и пропускной способности
Основной принцип залогового майнинга, это требование подтверждения залога и наличие особого майнинг-ключа, ассоциированного с каждой Мастернодой, намеревающейся добывать блоки. Таким образом, каждая Мастернода способна добывать лишь определённое количество блоков в установленный промежуток времени, создавая в сети эффект robin mining(циклический переход от отказавшего пула к активному)
Этот подход имеет много полезных преимуществ:
- Пониженный уровень энергопотребления
- Равномерное распределение долей решения блока(share) для каждой Мастерноды
- Защищённые хэши для запуска кворумов
- Быстрая обработка блоков
- Ускоренное распространение блоков
- Поддержка сверх-больших блоков
- Полная защита от атаки 51%
- Устранение майнинга в пулах
Вопросы скорости и пропускной способности канала отойдут на второй план по причине возросшей взаимосвязанности и быстродействия Ethernet в сети Dash.
Мы считаем, что платформа Evolution поставит наш проект наравне с оригинальным видением Сатоши децентрализованной цифровой валюты. Цитируя Сатоши:
«Современная система, где каждый пользователь является узлом сети, не является приемлемой конфигурацией для сети большого масштаба. Это как если бы каждый пользователь Usenet имел свой собственный NNTP сервер. Пользователи должны быть просто пользователями. Чем сложнее поддерживать узел, тем меньше узлов будет в сети. Эти оставшиеся несколько узлов станут серверными фермами. Остальные будут клиентскими узлами, способными только проводить транзакции, без какой либо генерации». — Сатоши, 2010
Первый уровень(конечные пользователи клиента dash-core) будет естественным образом выведен из эксплуатации, а пользователи получат доступ в сеть только через наш децентрализованный API(DAPI). Мы называем DAPI третьим уровнем сети.
Этапы перехода на залоговый майнинг
Мы будем переводить сеть на залоговый майнинг постепенно, обеспечивая безопасность сети и одновременно позволяя существующим майнерам вернуть затраты на майнинг-оборудование. Модернизация сети будет проходить в несколько этапов:
- Этап I: Стандартный майнер / Начало организации майнинга Мастернодами
- Этап II: Майнинг-ключ для Мастерноды как дополнительная функция
- Этап III: Обязательный майнинг-ключ для Мастерноды
- Этап IV: Обязательное наличие ASIC с core daemon для Мастерноды
Ключи для Мастернод – технические особенности
Мастерноды будут использовать разные ключи для подписи каждого действия. Сейчас Мастерноды используют один и тот же ключ для каждого действия. В будущем им понадобится делегировать специальный ключ подрядчику, который будет майнить от имени этой Мастерноды. Такой механизм обеспечит невозможность исполнения подрядчиком любых других действий кроме майнинга, например ему нельзя будет голосовать.(Примечание: это касается только ключа Мастерноды, ключ хранящий залог в 1000 Dash всегда остаётся скрытым.)
Текущее использование ключей:
A+B | Публичный ключ Мастерноды / Ключ для подписи
Будущее использование ключей:
A+B+C+D | Публичный ключ Мастерноды / Ключ для подписи сообщений в сети / Ключ для голосования / Ключ для майнинга.
Подписывайтесь на CoinHunt в телеграмм
